专利名称：在车辆中分配驱动力的系统及方法
技术领域：
本发明涉及增强车辆稳定性和性能的车辆控制系统及方法，尤其涉及在车辆中分配驱动力的系统及方法。
背景技术：
机动车辆中越来越多地使用稳定性控制系统。在一些现有的双驱动桥系统中，车辆前桥和后桥之间设有机械联轴器。在与主驱动桥相关的一个或两个车轮失去牵引力的情况下，指令通常断开的联轴器装置连接两个车桥使得在主车桥和副车桥之间重新分配扭矩。尽管这种机械系统相对于纯制动方法(例如防抱死制动系统)提供了改进的性能，然而机械系统具有一些缺点。探测到牵引力损失和机械联轴器从主车桥的滑动车轮向副车桥的车轮实际重新分配扭矩的时间之间存在延迟。在遇到冰面的情况(其中道路表面状况会迅速改变)下，机械系统无法足够快地引起扭矩分配的改变。另外，由于穿过机械联轴器的摩擦损失和扭矩传递能力，供应给两个车桥的扭矩之和略少于动力系供应给主车桥的扭矩。因此，当使用机械联轴器时，车辆的纵向性能有所下降，其在加速期间尤其显著。机械系统重新分配扭矩的能力可能在扭矩方面有所限制，且还受到环境影响(例如温度)的制约。扭矩分配的转换在转向不足和过度转向的转弯情况下是有利的。机械联轴器能够用于连接主车桥和副车桥以便在车桥之间重新分配扭矩以使得不期望的车辆转向不足或过度转向得到补偿。然而，由于需要为遇到的转向不足或过度转向的前向行驶车辆重新分配扭矩，机械联轴器响应得比所需的慢并且联轴器中对扭矩重新分配控制得较为不精确， 使得车辆操作者注意到车辆转向性能上的不舒适的改变。
发明内容
为了克服背景技术中至少一个问题，本发明公开了一种分配驱动力至车辆的前桥和后桥的方法，其包括估算实际横摆率；估算所需横摆率；及在过度转向期间提供电能至前桥马达。过度转向为实际横摆率超过所需横摆率多于第一阈值横摆率。此外，在过度转向期间可从连接至后桥的马达汲取电能。或者，在后桥马达正提供扭矩至后桥的情况下，减少供应至后桥马达的电能。在一个实施例中，从后桥马达汲取的电能被直接提供给前桥马达。在转向不足期间，向后桥马达提供电能。同样，在转向不足期间从前桥马达汲取电能。从前桥马达汲取的电能被直接提供给后桥马达。以车辆的纵向速度不受较大影响或者车辆驾驶员需要的方式提供从与前桥连接的马达汲取的电能以及直接提供给与后桥连接的马达的电能。转向不足为所需横摆率超过实际横摆率多于第二阈值横摆率。基于连接至车辆的传感器估算实际横摆率。或者，取决于传感器组，直接测量实际横摆率。基于连接至车辆的方向盘的传感器估算所需横摆率。根据本发明另一方面，提供一种在车辆中分配驱动力的系统，该系统包括连接至车辆的第一车桥、连接至第一车桥的内燃发动机、连接至第一车桥的第一车桥马达、连接至车辆的第二车桥、连接至第二车桥的第二车桥马达和电连接至发动机和车桥马达的电子控制单元(ECU)。当车辆正在沿第一车桥引导的方向上行驶并且车辆处于转向不足情况下时， ECU指令第二车桥马达增加提供给第二车桥的扭矩。当车辆正在沿第一车桥引导的方向上行驶并且车辆处于转向不足情况下时，ECU指令第一车桥马达减小提供给第一车桥的扭矩。 减小的扭矩为制动扭矩以便通过第一车桥马达产生电能。在一个实施例中，由第一车桥马达产生的电能被供应至第二车桥马达。该系统可包括连接至方向盘的转向传感器、车辆速度传感器和连接至车辆并电连接至ECU的横摆率传感器。其中ECU(其电连接至传感器)基于来自转向传感器和车辆速度传感器的信号确定车辆的所需横摆率。ECU还基于来自横摆率传感器的信号确定车辆的实际横摆率。或者，取决于传感器组，ECU可基于其它传感器估算实际横摆率。转向不足状况基于所需横摆率超过实际横摆率多于第一阈值，并且过度转向状况基于实际横摆率超过所需横摆率多于第二阈值。在车辆处于过度转向情况下，E⑶指令前桥马达增加施加至前桥的扭矩并且指令后桥马达减少施加至后桥的扭矩。在车辆处于转向不足状况下，ECU指令后桥马达增加施加至后桥的扭矩并且指令前桥马达减小施加至前桥的扭矩。如果马达正向连接至其上的车桥施加正向扭矩，根据需要扭矩可减小至零，在该点通过将马达运转为发电机提供进一步的扭矩减小。
图1显示了混合动力电动车辆(HEV)的示意图。图2A显示了 HEV在所期望的转向路径和过度转向路径以及转向不足路径上。图2B显示了在过度转向情况下如何增加扭矩至HEV的前桥以影响横摆率。图2C显示了在转向不足情况下如何增加扭矩至HEV的后桥以影响横摆率。图2D显示了车辆指示在重心和车桥之间的距离。图3为摩擦圆或轮胎牵引力场的图表。 图4为根据本发明的实施例在车桥之间重新分配扭矩的方法的流程图。
具体实施例方式如本领域技术人员已知，参考任一附图所说明并描述的实施例的多个特征可与一个或多个其它附图中所说明的特征相结合来得到未明确说明并描述的替代实施例。所说明的特征的组合为典型应用提供了代表性实施例。然而，对于特定应用或实施方案，可能需要对与本发明教导相一致的特征进行多种组合和修改。本领域技术人员可了解到与本发明相一致的类似应用或实施方案，例如其中以与附图中实施例所示略微不同的顺序设置组件。 本领域技术人员可认识到本发明的教导可用在其它应用或实施方案中。在图1中，示意性显示了混合动力电动车辆(HEV) 10的一个实施例。后轮12通过后桥16与后桥马达18连接。后桥16具有差速器19。前轮14连接至前桥20。差速器及主减速齿轮组22连接至前桥20。车辆动力系统通过变速器24连接至差速器22。变速器 24通过离合器26连接至前桥马达28。前桥马达28通过离合器32连接至内燃发动机34。图1中所示装置中的前桥马达28可称为集成起动机发电机(ISG)，因为其可用于旋转发动机34用于起动。取决于准确的配置，所有动力系组件可能无法在HEV 10的宽度内首尾相连。在图1所示的实施例中，链条传动30设置在发动机34和前桥马达28之间使得发动机 34沿第一轴线旋转而前桥马达28和变速器24沿基本上与第一轴线平行的第二轴线旋转。 图1中的配置简单说明了一个HEV配置。有许多不脱离本发明的范围的配置HEV的替代方式。HEV 10显示了内燃发动机34连接至前轮的设置。在另一实施例中，发动机34连接至后桥。前桥马达28和后桥马达18可作为马达向相关的车桥提供扭矩，或者作为发电机从相关的车桥吸收扭矩(即，在与车桥相关的车轮上提供制动力)。继续参考图1，车轮12和14设置有牵引力传感器36，其连接至电子控制单元 (ECU) 38。在一个实施例中，牵引力传感器36为防抱死制动系统(ABS)。ABS比较车速与车轮转速。当二者相差超过预定 量时，确定车轮在滑动。ABS只是一个简单的示例，可使用任何合适的牵引力传感器。取决于其运转模式，电池40连接至后桥马达18和前桥马达28以提供电能或吸收电能。电池40也可通过传感器电连接至E⑶38以检测电池的荷电状态、电池状况等。在一个实施例中，电池40为高压电池以有助于从电池汲取较大能量或存储在电池中。在一个实施例中，E⑶38连接至横摆率传感器42、与方向盘连接的传感器44、以及多个其它传感器46 (例如车速传感器、温度传感器、变速器传感器、压力传感器、及加速传感器)。在不带有横摆率传感器42的实施例中，可基于来自其它传感器46的信号估算横摆率。图1中显示了 HEV。在替代实施例中，车辆为具有前桥马达和后桥马达的电动车辆(EV)。在这种实施例中，不再包括下列组件离合器26、链条传动30、离合器32、及发动机34。在一些实施例中，还不包括变速器24。在图2A中，车辆50(HEV或EV)显示为处于转向操纵期间。经由驾驶员施加至方向盘(未显示)的转向输入使得连接至前桥52的车轮转向。通过驾驶员已经转动方向盘的量，能够确定车辆50的所需路径。图2中显示了过度转向路径58和转向不足路径60的一个示例。为了使得车辆50沿所需路径而非过度转向路径58行驶，增加提供至前桥52的扭矩。这种扭矩增加能够通过发动机34或前桥马达28提供的增加的扭矩实现，如图2B所示。来自前桥马达28的扭矩增加比来自发动机34的扭矩增加快得多。发动机34经历进气歧管充气延迟，这会损害发动机快速增加发动机扭矩的能力。为了快速地响应确定车辆 50正处于过度转向路径58上，增加由前桥马达28产生的扭矩。在一个示例中，当接收到增加扭矩指令时，前桥马达28正运转为马达，或者根本没有运转。在这种情况下，指令前桥马达28提供正向扭矩。在另一示例中，当接收到增加扭矩的指令时，前桥马达28正运转为发电机。在这种情况下，指令前桥马达28减少电能产生。如果所需的扭矩增加大于通过减少电能所能实现的，则指令前桥马达28从运转为发电机改变为运转为马达。扭矩增加(通过指令前桥马达28施加扭矩至前桥)导致车辆50的纵向驱动力超过操作者的请求。因此， 在一个实施例中，后桥马达18向后桥16施加制动扭矩。确定前桥20的扭矩增加和后桥16 的扭矩减小以便为车辆50提供所需的路径和纵向驱动力。为了响应车辆50正处于转向不足路径60上的确定，通过后桥马达18向后桥16 施加扭矩，如图2C中所示。为了维持车辆50的纵向驱动力，指令前桥马达28减小施加至前桥20的扭矩。在图3中，轮胎力极限特性绘制为牵引力场的正象限区。这有时称为摩擦圆70。 因为轮胎可优化用于横向或纵向牵引力，曲线组72(根据偏离角的函数)不是圆，而是椭圆。轮胎的摩擦极限由摩擦系数乘以负荷确定。可用摩擦可用于横向力、纵向力或两者的组合。因此，图3中的曲线显示了摩擦极限，其中如果纵向力和横向力的组合使得落到相应于偏离角(slipangle)的曲线之外则轮胎滑动。正纵向力为加速力而负纵向力为制动力。 通过遵循一组极限曲线中的一个，能够看出当轮胎纵向力增加时，可用的横向力减小并且反之亦然。为了增加与一个车桥相关的轮胎的可用摩擦力，如果车辆上有合适的硬件，能够在前桥和后桥之间重新分配扭矩或动力。例如，当将驱动力从后桥重新分配至前桥时，前桥横向力将减小AFyf并且后桥横向力将增加AFy-这样，车辆的横摆率状态将会改变并且横摆运动(yaw moment)的变量如下计算Fyf_new=Fyf+△FyfFyf_new=Fyf+△Fyf△Myaw= AFyflf-AFyrlr其中Fyf nra^nFfr mw*牵引力重新分配之后的相应的前桥横向力和后桥横向力。在图2D中，If显示为车辆50的重心80和前桥52之间的距离；并且L显示为车辆的重心80 和后桥54之间的距离。通过利用先进的控制方法，这种辅助横摆运动ΔΜ胃能够用于增强转向能力或限制过度的横向车辆动力而不会有损车辆纵向性能。在左转向操纵中，正AMyaw 可用于校正过度的车辆的过度转向，例如图2B中所示。负ΔΜ胃可用于补偿过度的车辆转向不足，例如图2C中所示。然而，由于希望避免引起车轮空转(即，轮胎和地面之间的不足的牵引力)，并且由于电池的荷电状态不足或由于电池的温度过高限制电池以提供所需电流水平至牵引马达，可限制能够重新分配的车轮扭矩。取决于当前扭矩请求水平和地面的牵引力状况重新分配总可用车轮扭矩。为了避免引起车轮空转的控制，车轮滑动控制器/调节器在每个车桥上实施为牵引力控制器以监视车辆滑动并且调节车辆滑动至指令的最佳滑动设定点。在单电动驱动车桥的情况下，可通过车辆瞬时功率极限、电池放电极限(荷电状态(SOC)和温度的函数)、电动车辆控制模式和马达扭矩极限进一步限制总扭矩重新分配水平的量。所有的这些因素将最终确定可用于车辆动态控制的最大Δ M胃。在图4中，通过流程图显示了控制方案的一个实施例。控制方案开始于框100中
的转向请求。在框102处，基于驾驶员输入、传感器数据和车辆动态状态(例如车辆速度、
横摆率、横向加速度和纵向加速度)确定所需和实际车辆横摆率Ydes和Yart以及所需和实
际车辆偏离角(或侧偏角)和3a。t。需要最小化横摆率误差Ydes-Yart和车身偏离角
误差0des-i3a。t。然而，提供横摆率调节不会同时最小化两个误差。在框104处，通过最小
化成本权重函数能够发现优化的方案，例如 00
权利要求
1.一种在车辆中分配驱动力的系统，所述系统包括 连接至所述车辆的前桥和后桥；连接至所述前桥的前桥马达； 连接至所述后桥的后桥马达；电连接至所述前桥马达和所述后桥马达的电子控制单元(ECU)，所述ECU指令所述后桥马达以在转向不足情况下增加提供至所述后桥的扭矩。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括 连接至所述车辆的方向盘；连接至所述方向盘并且电连接至所述ECU的转向传感器； 车辆速度传感器；连接至所述车辆和电连接至所述ECU的横摆率传感器和横向加速度传感器，其中所述 ECU基于来自所述转向传感器和所述车辆速度传感器的信号确定所述车辆的所需横摆率和所需偏离角并且基于来自所述横摆率传感器和所述横向加速度传感器的信号确定所述车辆的实际横摆率和实际偏离角，其中转向不足包括所述所需横摆率的大小在转向方向上超过所述实际横摆率的大小第一阈值，并且过度转向包括所述实际横摆率的大小在转向方向上超过所述所需横摆率的大小第二阈值。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，在转向不足状况下，所述ECU指令所述前桥马达减小施加至所述前桥的扭矩。
4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，如下减小所述施加至所述前桥的扭矩 当所述前桥马达作为马达时减小至所述前桥马达的电能；及当由所述前桥马达提供的所述扭矩基本上为零时，所述前桥马达作为发电机工作。
5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，由所述前桥马达产生的所述电能被提供至所述后桥马达。
6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，在过度转向情况下，所述ECU指令所述前桥马达增加施加至所述前桥的扭矩。
7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，在过度转向情况下，所述ECU指令所述后桥马达减小施加至所述后桥的扭矩。
8.如权利要求1所述的系统，其特征在于，在转向不足状况下，所述ECU指令所述前桥马达减小施加至所述前桥的扭矩；及基于提供驾驶员所需的所述车辆纵向驱动力，增加施加至所述后桥的扭矩的大小和减小施加至所述前桥的扭矩的大小。
9.如权利要求1所述的系统，其特征在于，在过度转向情况下，所述ECU指令所述前桥马达增加施加至所述后桥的扭矩。
10.如权利要求1所述的系统，其特征在于，在过度转向情况下，所述ECU指令所述后桥马达减小施加至所述后桥的扭矩； 基于提供驾驶员所需的所述车辆纵向驱动力，减小施加至所述后桥的扭矩的大小和增加施加至所述前桥的扭矩的大小。
11.一种分配驱动力至车辆的前桥和后桥的方法，所述方法包括 估算所需横摆率和所需车辆偏离角；估算实际横摆率和实际车辆偏离角；及在过度转向期间增加施加至连接至所述前桥的电动马达的电能以最小化基于横摆率误差和车辆偏离角误差的成本权重函数。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述横摆率误差基于所述实际横摆率和所述所需横摆率之间的差，并且所述车辆偏离角误差基于所述所需车辆偏离角和所述实际偏离角之间的差，所述方法还包括在转向不足期间增加施加至连接至所述后桥的电动马达的电能以最小化所述横摆率误差和所述车辆偏离角误差的成本权重函数。
13.如权利要求11所述的方法，其特征在于，还包括从连接至所述后桥马达的电动马达汲取电能与向前桥马达提供电能相协调。
14.如权利要求11所述的方法，其特征在于，还包括基于最小化的所述成本权重函数确定所需辅助横摆运动；及确定可用辅助横摆运动，所述可用辅助横摆运动受到下面至少一个限制车轮的牵引力状况、连接至所述前桥马达的电池的荷电状态和所述电池的电池放电极限，其中确定提供至所述前桥马达的所述电能和从所述后桥马达汲取的所述电能以便提供所述所需辅助横摆运动大小和所述可用辅助横摆运动大小中的较小者。
15.如权利要求11所述的方法，其特征在于，还包括在转向不足期间增加提供至连接至所述后桥的电动马达电能以最小化所述成本权重函数。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，还包括基于最小化的所述成本权重函数确定所需辅助横摆运动；及确定可用辅助横摆运动，所述可用辅助横摆运动受到下面至少一个限制车轮的牵引力状况、连接至所述前桥马达的电池的荷电状态和所述电池的电池放电极限，其中确定提供至所述前桥马达的所述电能和从所述后桥马达汲取的所述电能以便提供所述所需辅助横摆运动大小和所述可用辅助横摆运动大小中的较小者；及在转向不足期间减小从连接至所述前桥的所述电动马达汲取电能，其中当所述马达正运转为马达时所述电能的大小减小并且当所述马达正运转为发电机时所述电能的大小增加。
17.—种分配驱动力至车辆的前桥和后桥的方法，所述方法包括估算实际横摆率；估算所需横摆率；及当所述所需横摆率的大小超过所述实际横摆率的大小时，向连接至所述后桥的后桥马达提供电能。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，还包括当所述所需横摆率的大小超过所述实际横摆率的大小时从连接至所述前桥的马达汲取电能；基于使得所述实际横摆率基本上等于所述所需横摆率确定所需辅助横摆运动；及确定可用辅助横摆运动，所述可用辅助横摆运动受到下面至少一个限制车轮的牵引力状况、连接至所述前桥马达的电池的荷电状态和所述电池的电池放电极限，其中确定提供至所述前桥马达的所述电能和从所述后桥马达汲取的所述电能以便提供所述所需辅助横摆运动的大小和所述可用辅助横摆运动的大小中的较小者。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，基于连接至所述车辆的传感器估算所述实际横摆率并且基于转向传感器估算所述所需横摆率。
20.如权利要求18所述的方法，其特征在于，以所述车辆的纵向速度不受较大影响的方式提供从连接至所述前桥的所述马达汲取的所述电能以及直接地提供至与所述后桥连接的所述马达的所述电能。
全文摘要
本发明提供一种在车辆中分配驱动力的系统及方法，所述系统包括连接至车辆的前桥和后桥；连接至前桥的前桥马达；连接至后桥的后桥马达；电连接至前桥马达和后桥马达的电子控制单元(ECU)，ECU指令后桥马达以在转向不足情况下增加提供至后桥的扭矩。本发明还提供一种分配驱动力至车辆的前桥和后桥的方法，该方法包括估算实际横摆率；估算所需横摆率；及在过度转向期间向前桥提供电能，在转向不足期间向后桥提供电能。此外，在过度转向期间可以从后桥马达汲取电能，在转向不足期间，可以从前桥马达汲取电能。本发明的优点在于在转向不足和过度转向的拐角情况下实施精确的扭矩分配增强车辆稳定性和性能。
文档编号B60W30/18GK102218988SQ20111008392
公开日2011年10月19日 申请日期2011年3月31日 优先权日2010年4月16日
发明者于海, 梁伟, 瑞安·亚伯拉罕·麦吉, 邝明朗 申请人:福特环球技术公司